I. Cuve à ondes.
Un vibreur de fréquence 25 Hz provoque des ondes qui se propagent à la surface d’une cuve à eau.
La distance d entre onze lignes de crête consécutives est 10,1 cm.
a. Quel est l’intérêt de mesurer la distance entre le plus grand nombre possible de crêtes pour déterminer ?
b. Quelle est la longueur d’onde de l’onde se propageant à la surface de l’eau ?
c. À l’instant pris comme origine des temps, la surface de l’eau a l’allure suivante représentée sur la figure 10. Retrouver sur ce graphique la longueur d’onde.
d. Quelle est l’amplitude de l’onde ?
e. Représenter l’aspect de la surface de l’eau en coupe, à t1 = 0.040 s et t2 = 0.060 s.
f. Calculer la célérité de cette onde.
g. La hauteur h de l’eau dans la cuve est augmentée, la longueur d’onde 0 est alors égale à 1.2 cm alors que la fréquence ne change pas. En déduire l’effet de la profondeur de l’eau dans la cuve à onde sur la
célérité.
II. Détermination de la célérité des ondes ultrasonores dans l'eau.
La célérité des ultrasons dans l'air vair = 340 m.s–1 est plus faible que la célérité des ultrasons dans l'eau de mer veau.
Un émetteur produit simultanément des salves d'ondes ultrasonores dans un tube rempli d'eau de mer et dans l'air (voir figure 1). A une distance d de l'émetteur d'ondes ultrasonores, sont placés deux récepteurs, l'un dans l'air et l'autre dans l'eau de mer.
Le récepteur A est relié à l'entrée A du système d'acquisition d'un ordinateur et le récepteur B à l'entrée B.
L'acquisition commence lorsqu'un signal est reçu sur l'entrée B du système.
1. Pourquoi est-il nécessaire de déclencher l'acquisition lorsqu'un signal est reçu sur l'entrée B ?
2. Donner l'expression du retard Δt entre la réception des ultrasons par les deux récepteurs en fonction de tA et tB, durées que mettent les ultrasons pour parcourir respectivement la distance d dans l'air et dans l'eau de mer.
3. On détermine t pour différentes distances d entre l'émetteur et les récepteurs. On traite les données avec un tableur et on obtient le graphe t = f(d).
a) Donner l'expression de t en fonction de d, vair, veau. b) Justifier l'allure de la courbe obtenue.
c) Déterminer graphiquement le coefficient directeur de la droite Δt = f(d). En déduire la valeur de la célérité veau des ultrasons dans l'eau de mer en prenant vair = 340 m.s–1.
Ondes Mécaniques
Exercices
Fiche 4. Ondes et Signaux
Séquence 1
